研究性學(xué)習(xí)提綱課件

波粒之爭一、前奏二、風(fēng)云驟起—微粒說占據(jù)強勢三、證據(jù)迭出—波動說開始反擊四、力挽狂瀾—波動說反敗為勝五、光電效應(yīng)—微粒說絕處逢生六、電子是波—微粒說后院起火七、波動粒子歸一統(tǒng)德布羅意譜新篇1AppliedOptics波粒之爭一、前奏1AppliedOptics爭論的焦點人們對于光的本性的探索和認識經(jīng)歷了相當(dāng)漫長曲折的過程，爆發(fā)過一連串的紛爭和論戰(zhàn)。論戰(zhàn)的焦點：光到底是一束粒子流還是一種波。光學(xué)的發(fā)展過程實際上是跟人們對于光的本性的探索過程密不可分的。萌芽時期—幾何光學(xué)時期—波動光學(xué)時期—量子光學(xué)時期—現(xiàn)代光學(xué)時期2AppliedOptics爭論的焦點人們對于光的本性的探索和認識經(jīng)歷了相當(dāng)漫長曲折的過古時候早在古希臘時期學(xué)者們就已經(jīng)開始了對于光的本性的討論。

觸須說：眼睛發(fā)出某種類似觸須的東西，一旦這些東西碰到物體，物體就被眼睛看見了。（歐幾里德《反射光學(xué)》）

“投射說”：眼睛放出一種射線到達遠處的物體，然后眼睛通過分析彈回來的射線來產(chǎn)生視覺。3AppliedOptics古時候早在古希臘時期3AppliedOptics

我國最早的光學(xué)知識的記錄

我國春秋戰(zhàn)國時期，墨翟（公元前468-前376）及其弟子所著的《墨經(jīng)》中，就記載著影的形成和小孔成像以及光在鏡面（凹面和凸面）上的反射等現(xiàn)象，并提出了一系列經(jīng)驗規(guī)律。4AppliedOptics我國最早的光學(xué)知識的記錄4AppliedOptics關(guān)于“影的形成”的記載“景迎日，說在轉(zhuǎn)”“景日之光反燭人，則景在日與人之間”5AppliedOptics關(guān)于“影的形成”的記載5AppliedOptics關(guān)于“小孔成像”的記載“光之入(煦)[照]若射，下者之入也高，高者之入也下。足敝下光，故成景于上；首敝上光，故成景于下。在遠近有端與于光，故景(瘴)[庫]內(nèi)也?！保ā督?jīng)說下》120條）6AppliedOptics關(guān)于“小孔成像”的記載6AppliedOptics關(guān)于“凹面鏡、凸面鏡成像”的記載《經(jīng)說下》：“中之內(nèi)：鑒者近中，則所鑒大，景亦大；遠中，則所鑒小，景亦小，而必正；起于中緣正而長其直也。中之外：鑒者近中，則所鑒大，景亦大；遠中，則所鑒小，景亦小，而必易；合于中而長其直也。”7AppliedOptics關(guān)于“凹面鏡、凸面鏡成像”的記載7AppliedOptic對于《墨經(jīng)》的評價錢臨照先生說：《墨子》中關(guān)于光學(xué)的記錄早于和超過古希臘的歐幾里德，在世界科學(xué)史上應(yīng)有崇高的地位。英國著名科學(xué)史家李約瑟在“中國科學(xué)技術(shù)史”里說明：中國古代自然科學(xué)曾經(jīng)達到較高水平，不過沒有產(chǎn)生近代實驗科學(xué)而已。非?？上?，墨家關(guān)于科學(xué)觀察與實驗的思想遠遠超前于所處時代，人們很難領(lǐng)會、接受，以致被長期湮沒，幾乎失傳。張岱年先生說：如果墨學(xué)不絕，中國科學(xué)史必有更加輝煌的成就。無論就時間還是就科學(xué)性來講，《墨經(jīng)》稱得上是有關(guān)光學(xué)知識的最早記錄，比希臘數(shù)學(xué)家歐幾里德所著的《反射光學(xué)》早100多年。8AppliedOptics對于《墨經(jīng)》的評價8AppliedOptics反射定律發(fā)現(xiàn)很早在我國，古代很早就有大量與光的反射現(xiàn)象相關(guān)的記載。古希臘，柏拉圖學(xué)派提到入射角等于反射角。公元前大約3世紀就已發(fā)現(xiàn)反射定律。9AppliedOptics反射定律發(fā)現(xiàn)很早在我國，古代很早就有大量與光的反射現(xiàn)象相關(guān)的折射定律幾經(jīng)滄桑那時候也已有人開始研究折射定律天文學(xué)家托勒密（公元100年-170年）寫有《光學(xué)》5卷他的實驗結(jié)論是：折射角與入射角成正比等到一千年以后有人推翻了他的結(jié)論……10AppliedOptics折射定律幾經(jīng)滄桑那時候也已有人開始研究折射定律10Appli他的觀點是對的

阿拉伯學(xué)者阿勒·哈森(Al-Hasen，965-1038)寫過一部《光學(xué)全書》，并提出是由于物體發(fā)出的輻射被眼睛接收到，這樣眼睛就能看到物體。這種輻射就是“光”，光是視覺的信使。11AppliedOptics他的觀點是對的11AppliedOptics可看作是光學(xué)發(fā)展的萌芽時期

從墨翟開始的兩千多年的漫長歲月構(gòu)成了光學(xué)發(fā)展的萌芽時期，在此期間光學(xué)發(fā)展比較緩慢。到15世紀末和16世紀初，凹面鏡、凸面鏡、眼鏡、透鏡以及暗箱和幻燈等光學(xué)元件的相繼出現(xiàn)，預(yù)示著新的時期即將到來。12AppliedOptics可看作是光學(xué)發(fā)展的萌芽時期12AppliedOptics波粒之爭的前奏他們的工作和創(chuàng)新是不容忽視的1610年伽利略（意）

制作了望遠鏡，并用望遠鏡觀察星體運動。1611年開普勒（德）

設(shè)計了開普勒天文望遠鏡。13AppliedOptics波粒之爭的前奏他們的工作和創(chuàng)新是不容忽視的13Applied圍繞折射定律的研究有了新的進展精確折射定律的最早發(fā)現(xiàn)者：斯涅耳（1580-1626）斯涅耳的折射實驗14AppliedOptics圍繞折射定律的研究斯涅耳的折射實驗14AppliedOpt笛卡爾，1637《方法論》附錄《屈光學(xué)》笛卡爾說明折射用圖15AppliedOptics笛卡爾，1637笛卡爾說明折射用圖15AppliedOpt費馬，1661最短時間原理費馬推導(dǎo)折射定律用圖16AppliedOptics費馬，166116AppliedOptics波粒之爭的前奏到了17世紀，已經(jīng)有了光的“微粒說”和“波動說”兩種觀點。17世紀明確形成了兩大對立學(xué)說微粒說牛頓（1642-1727）惠更斯（1629--1695)波動說17AppliedOptics波粒之爭的前奏到了17世紀，已經(jīng)有了光的“微粒說”和“波動說關(guān)于微粒說創(chuàng)始人：牛頓主要觀點：光是光源發(fā)出的一束高速運動的粒子流。光的直線傳播光的反射、折射光的色散（不同微粒）認為光在媒質(zhì)中的傳播速度v大于c18AppliedOptics關(guān)于微粒說18AppliedOptics關(guān)于波動說最早的波動說：格里馬第，1655奠基人：惠更斯最早的倡導(dǎo)人之一：胡克（英）主要觀點：光是一種波。光的折射光的色散（不同頻率）認為光在媒質(zhì)中的傳播速度v小于c必須借助于所謂“以太”介質(zhì)19AppliedOptics關(guān)于波動說19AppliedOptics到底孰是孰非？主要有以下問題：1.光在介質(zhì)中的傳播速度大于C還是小于C？微粒說認為前者對波動說認為是后者2.兩束光線相交時何以能互不相擾？微粒說無法解釋（很苦惱）波動說：波具有能獨立傳播的特質(zhì)（很輕松）20AppliedOptics到底孰是孰非？20AppliedOptics3.為什么光照下物體會有清晰的影子？微粒說：直線傳播（很輕松）波動說：波會發(fā)生衍射，就是會繞過障礙物。（很苦惱）4.“以太”是否存在？微粒說表示懷疑波動說極力證明，牽強解釋兩種學(xué)說有太多不同，難于協(xié)調(diào)，一場劇烈的學(xué)術(shù)紛爭即將爆發(fā)。21AppliedOptics3.為什么光照下物體會有清晰的影子？21AppliedOp風(fēng)云驟起微粒說占據(jù)強勢事情是這樣的巴羅：牛頓的數(shù)學(xué)老師。1663年牛頓開始熱衷于光學(xué)研究，并于1666開始研究色散現(xiàn)象，同年提出光的微粒理論。22AppliedOptics風(fēng)云驟起微粒說占據(jù)強勢事情是這樣的22AppliedOp關(guān)于色散—一個古老的課題13世紀德國傳教士西奧多里克在實驗中模仿天上的彩虹

西奧多里克《論彩虹》手稿中的一頁裝滿水的大玻璃球23AppliedOptics關(guān)于色散西奧多里克裝滿水的大玻璃球23AppliedO1637年笛卡爾在《方法論》中還有一篇附錄，專門討論彩虹。笛卡兒的棱鏡實驗屏離棱鏡太近啦24AppliedOptics1637年笛卡兒的棱鏡實驗屏離棱鏡太近啦24Applied牛頓的色散實驗牛頓的高明之處牛頓描繪色散實驗的插圖25AppliedOptics牛頓的色散實驗牛頓的高明之處牛頓描繪色散實驗的插圖25App牛頓的判決性實驗26AppliedOptics26AppliedOptics1672年牛頓的那份關(guān)于色散現(xiàn)象的研究報告……牛頓很生氣，后果很嚴重歷時300多年的波粒之爭拉開大幕……剛開始：牛頓VS胡克27AppliedOptics1672年牛頓的那份關(guān)于色散現(xiàn)象的研究報告……27Appli惠更斯來了1678年明確指出光是一種機械波，并借助“以太”介質(zhì)傳播。繼胡克后，惠更斯扛起波動說大旗?；莞巩?dāng)時在數(shù)學(xué)、天文學(xué)、光學(xué)等諸方面已多有建樹，被荷蘭人視為國寶級人物?；莞姑枥L光波的示意圖28AppliedOptics惠更斯來了惠更斯描繪光波的示意圖28AppliedOpt牛頓發(fā)飆了1704年，發(fā)表了一部偉大的著作《光學(xué)》1.以微粒說系統(tǒng)的闡明了各種光學(xué)現(xiàn)象。2.對波動說提出質(zhì)疑，進行批判。在整個十八世紀，微粒說占據(jù)著統(tǒng)治地位。

29AppliedOptics牛頓發(fā)飆了29AppliedOptics證據(jù)迭出波動說開始反擊十九世紀初，波動說平地一聲春雷1801年，托馬斯.楊（英）

首次成功地進行了光的雙縫干涉實驗，確鑿的證明了光的波動性，并成功的解釋了“牛頓環(huán)”現(xiàn)象。30AppliedOptics證據(jù)迭出波動說開始反擊十九世紀初，波動說平地一聲春雷30A托馬斯·楊的雙縫干涉實驗31AppliedOptics托馬斯·楊的雙縫干涉實驗31Applie除了托馬斯，還有馬呂斯1808年，法國人馬呂斯發(fā)現(xiàn)了光在反射和折射時的偏振現(xiàn)象。

32AppliedOptics除了托馬斯，還有馬呂斯32AppliedOptics但似乎問題并沒有這么簡單楊的理論當(dāng)時受到不少人的攻擊，并未能被科學(xué)界承認。微粒學(xué)派聲稱牛頓早已有言在先：偏振是光的微粒呈現(xiàn)非對稱狀態(tài)所致。觀點與偏振矛盾，楊有些退卻，但并未放棄光的波動說。得有人站出來……33AppliedOptics但似乎問題并沒有這么簡單33AppliedOptics力挽狂瀾波動說反敗為勝影子中心的亮點事情要追溯到1818年法國科學(xué)院舉行的那次征文競賽……1.競賽的內(nèi)容：科學(xué)解釋光的衍射現(xiàn)象2.競賽的評委中有一個人叫泊松3.評委們的期望……34AppliedOptics力挽狂瀾波動說反敗為勝影子中心的亮點34AppliedO一名土木工程師也提交了一篇論文這篇論文基于光的波動理論，以嚴密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，解釋了光的衍射現(xiàn)象。這位工程師就是菲涅耳

——物理光學(xué)的締造者35AppliedOptics一名土木工程師也提交了一篇論文35AppliedOptic泊松評委的懷疑和排斥：不透明小圓盤的影子中心會有一個亮點？實驗證明這個亮點真的存在！菲涅耳獲勝，波動說翻身。36AppliedOptics泊松評委的懷疑和排斥：36AppliedOptics光速的測定最早的測光速實驗是伽利略做的。1676年，羅默觀測木星衛(wèi)星運動，首先證實光速有限。衛(wèi)星蝕法37AppliedOptics光速的測定衛(wèi)星蝕法37AppliedOptics此后不久，惠更斯根據(jù)羅默的數(shù)據(jù)第一次推算出光速約為米/秒。1728年，布拉得雷在接受羅默的理論之后，用光行差的方法直接測出光速米/秒。天行差法38AppliedOptics此后不久，惠更斯根據(jù)羅默的數(shù)據(jù)第一次推算出光速約為在地面上測光速19世紀50年代，斐索和傅科，旋轉(zhuǎn)鏡法。斐索傅科39AppliedOptics在地面上測光速斐索傅科39AppliedOptics阿拉果的實驗方法這是旋轉(zhuǎn)鏡法的前身一開始兩人合作實驗后來掰了，各做各的40AppliedOptics阿拉果的實驗方法40AppliedOptics1849年，斐索先用旋轉(zhuǎn)齒輪法測出光速。地面上用實驗方法測定光速的第一人。斐索的旋轉(zhuǎn)齒輪法3.15341AppliedOptics1849年，斐索先用旋轉(zhuǎn)齒輪法測出光速。斐索的旋轉(zhuǎn)齒輪法31850年，傅科用旋轉(zhuǎn)鏡法測量出水中的光速大約是空氣中的光速的3/4。1862年,傅科改進了原有的實驗裝置，測得光在空氣中的速度為289000千米每秒。

傅科的旋轉(zhuǎn)鏡法42AppliedOptics1850年，傅科用旋轉(zhuǎn)鏡法測量出水中的光速大約是空氣中的光速1874年，考爾紐改進了斐索的旋轉(zhuǎn)齒輪法，2.9991879年，邁克爾遜改進了傅科的旋轉(zhuǎn)鏡法，2.9991±0.000543AppliedOptics1874年，考爾紐改進了斐索的旋轉(zhuǎn)齒輪法，2.99943Ap1883年，邁克爾遜，精益求精，2.9985340多年后，邁克爾遜，，2.99796旋轉(zhuǎn)棱鏡法邁克耳孫(1926年)的光速實驗示意圖（這是他的手跡）44AppliedOptics1883年，邁克爾遜，精益求精，2.99853旋轉(zhuǎn)棱鏡法邁克1973年，國際標(biāo)準值299792458米/秒。1983年，作為“米”的新定義。光速的測定意義非凡?。?！對微粒說和波動說的判決光是電磁波的推斷（電磁波的速度等于光速）狹義相對論的提出（光速不變）45AppliedOptics1973年，國際標(biāo)準值299792458米/秒。45Appl割不掉的“以太”尾巴1815年，實驗得出的結(jié)論是：折射率等于1的真空和折射率近似等于1的空氣均不能帶動以太。

1887年，邁克爾遜和莫雷在克利夫蘭進行了一個著名的“邁克耳遜－莫雷實驗”，卻得出了史上著名的“零結(jié)果”。“在物理學(xué)的晴朗天空出現(xiàn)了一片烏云”。46AppliedOptics割不掉的“以太”尾巴46AppliedOptics一個光輝的預(yù)言1865，麥克斯韋（英）1.建立了著名的電磁理論，預(yù)言了電磁波的存在。2.推算出電磁波在真空中的傳播速度為。3.還把光學(xué)拉了進來。4.不經(jīng)意，幫了波動說的大忙。47AppliedOptics一個光輝的預(yù)言47AppliedOptics赫茲推波助瀾1888年，赫茲(德）用實驗證實了電磁波的存在，發(fā)現(xiàn)了波長較長的電磁波。光的電磁理論基礎(chǔ)被正式確立，光從此成為電磁波家族中的一員。48AppliedOptics赫茲推波助瀾48AppliedOptics“以太”尾巴被終于割掉了20世紀初，愛因斯坦的相對論問世，確認光波能在真空中傳播。割掉了“以太”尾巴，了卻了后顧之憂。光的波動說由此發(fā)展到了十分完美的地步——電磁波說。49AppliedOptics“以太”尾巴被終于割掉了49AppliedOptics光電效應(yīng)微粒說絕處逢生先來說說這個“光電效應(yīng)”光電效應(yīng)是物理學(xué)中一個重要而神奇的現(xiàn)象，在光的照射下，金屬中的自由電子在光照下吸收光能被激發(fā)并逸出金屬表面從而形成電流，即光能生電。光電效應(yīng)現(xiàn)象是由赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)。(與1888年發(fā)現(xiàn)無線電波是做的同一種實驗）50AppliedOptics光電效應(yīng)微粒說絕處逢生先來說說這個“光電效應(yīng)”50Appl這下，波動說要撓頭了按照電磁波理論，光的能量是由光的強度決定的，而光的強度又是由光波的振幅決定的，與頻率無關(guān)。因此，不論光的頻率如何，只要光強度足夠大或照射時間足夠長，都應(yīng)能產(chǎn)生光電效應(yīng)。然而實驗中發(fā)現(xiàn)存在著一個極限頻率，當(dāng)頻率低于這個極限頻率的光，不論其強度多么大，都不能產(chǎn)生光電效應(yīng)；頻率高于極限頻率的光，即使其強度很弱，也能立即產(chǎn)生光電效應(yīng)。51AppliedOptics這下，波動說要撓頭了51AppliedOptics光電效應(yīng)出難題，愛因斯坦創(chuàng)新說

1905年，愛因斯坦（美、瑞）提出在空間傳播的光也不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱為一個光子，光子的能量為E=hv。實際上他是受到了普朗克量子論的啟發(fā)。52AppliedOptics光電效應(yīng)出難題，愛因斯坦創(chuàng)新說52AppliedOpti普朗克又是誰？１９００年，普朗克（德）在研究電磁輻射能量分布時提出了量子假說，認為電磁波的發(fā)射和吸收不是連續(xù)地，而是一份一份地進行的，每一份就是一個量子，其能量等于hv。這里v為光的頻率，h為普郎克恒量。

——量子物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人

53AppliedOptics普朗克又是誰？53AppliedOptics還回到愛因斯坦的創(chuàng)新說上來后來叫做“光子說”能很好的解釋光電效應(yīng)徹頭徹尾的“微粒說”？光子說并沒有否定波動說，正像波動說不能否定微粒說一樣。對于光子這樣微觀粒子，只有從波粒二象性出發(fā)，才能說明它的各種行為。

難道光子真的具有波粒二象性？？？54AppliedOptics還回到愛因斯坦的創(chuàng)新說上來54AppliedOptics電子是波微粒說后院起火有人說：其實，電子也是波?。。∵@個人就是德布羅意（法）1924年，德布羅意在他的博士論文中宣稱：電子也是波。1927年，小湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子的衍射圖像。他還斷言所有的微觀粒子都有波的特性?！镔|(zhì)波（德布羅意波）55AppliedOptics電子是波微粒說后院起火有人說：其實，電子也是波?。?！55A波動粒子歸一統(tǒng)德布羅意譜新篇

爭了三百年，打了個平手光到底是“粒子”還是“波動”的爭論得到解決：在某些方面，光表現(xiàn)的象經(jīng)典的“波動”，在另一些方面表現(xiàn)的象經(jīng)典的“粒子”，光有“波粒二象性”。不僅光子具有波粒二象性，一切微觀粒子－－包括質(zhì)子、中子、電子都具有波粒二象性。光的波粒之爭至此告一段落。人們對光的本性的探索卻并未終止……56AppliedOptics波動粒子歸一統(tǒng)德布羅意譜新篇爭了三百年，打了個平手56A光學(xué)老又新，前程端似錦57AppliedOptics光學(xué)老又新，前程端似錦57AppliedOptics波粒之爭一、前奏二、風(fēng)云驟起—微粒說占據(jù)強勢三、證據(jù)迭出—波動說開始反擊四、力挽狂瀾—波動說反敗為勝五、光電效應(yīng)—微粒說絕處逢生六、電子是波—微粒說后院起火七、波動粒子歸一統(tǒng)德布羅意譜新篇58AppliedOptics波粒之爭一、前奏1AppliedOptics爭論的焦點人們對于光的本性的探索和認識經(jīng)歷了相當(dāng)漫長曲折的過程，爆發(fā)過一連串的紛爭和論戰(zhàn)。論戰(zhàn)的焦點：光到底是一束粒子流還是一種波。光學(xué)的發(fā)展過程實際上是跟人們對于光的本性的探索過程密不可分的。萌芽時期—幾何光學(xué)時期—波動光學(xué)時期—量子光學(xué)時期—現(xiàn)代光學(xué)時期59AppliedOptics爭論的焦點人們對于光的本性的探索和認識經(jīng)歷了相當(dāng)漫長曲折的過古時候早在古希臘時期學(xué)者們就已經(jīng)開始了對于光的本性的討論。

觸須說：眼睛發(fā)出某種類似觸須的東西，一旦這些東西碰到物體，物體就被眼睛看見了。（歐幾里德《反射光學(xué)》）

“投射說”：眼睛放出一種射線到達遠處的物體，然后眼睛通過分析彈回來的射線來產(chǎn)生視覺。60AppliedOptics古時候早在古希臘時期3AppliedOptics

我國最早的光學(xué)知識的記錄

我國春秋戰(zhàn)國時期，墨翟（公元前468-前376）及其弟子所著的《墨經(jīng)》中，就記載著影的形成和小孔成像以及光在鏡面（凹面和凸面）上的反射等現(xiàn)象，并提出了一系列經(jīng)驗規(guī)律。61AppliedOptics我國最早的光學(xué)知識的記錄4AppliedOptics關(guān)于“影的形成”的記載“景迎日，說在轉(zhuǎn)”“景日之光反燭人，則景在日與人之間”62AppliedOptics關(guān)于“影的形成”的記載5AppliedOptics關(guān)于“小孔成像”的記載“光之入(煦)[照]若射，下者之入也高，高者之入也下。足敝下光，故成景于上；首敝上光，故成景于下。在遠近有端與于光，故景(瘴)[庫]內(nèi)也?！保ā督?jīng)說下》120條）63AppliedOptics關(guān)于“小孔成像”的記載6AppliedOptics關(guān)于“凹面鏡、凸面鏡成像”的記載《經(jīng)說下》：“中之內(nèi)：鑒者近中，則所鑒大，景亦大；遠中，則所鑒小，景亦小，而必正；起于中緣正而長其直也。中之外：鑒者近中，則所鑒大，景亦大；遠中，則所鑒小，景亦小，而必易；合于中而長其直也?！?4AppliedOptics關(guān)于“凹面鏡、凸面鏡成像”的記載7AppliedOptic對于《墨經(jīng)》的評價錢臨照先生說：《墨子》中關(guān)于光學(xué)的記錄早于和超過古希臘的歐幾里德，在世界科學(xué)史上應(yīng)有崇高的地位。英國著名科學(xué)史家李約瑟在“中國科學(xué)技術(shù)史”里說明：中國古代自然科學(xué)曾經(jīng)達到較高水平，不過沒有產(chǎn)生近代實驗科學(xué)而已。非?？上?，墨家關(guān)于科學(xué)觀察與實驗的思想遠遠超前于所處時代，人們很難領(lǐng)會、接受，以致被長期湮沒，幾乎失傳。張岱年先生說：如果墨學(xué)不絕，中國科學(xué)史必有更加輝煌的成就。無論就時間還是就科學(xué)性來講，《墨經(jīng)》稱得上是有關(guān)光學(xué)知識的最早記錄，比希臘數(shù)學(xué)家歐幾里德所著的《反射光學(xué)》早100多年。65AppliedOptics對于《墨經(jīng)》的評價8AppliedOptics反射定律發(fā)現(xiàn)很早在我國，古代很早就有大量與光的反射現(xiàn)象相關(guān)的記載。古希臘，柏拉圖學(xué)派提到入射角等于反射角。公元前大約3世紀就已發(fā)現(xiàn)反射定律。66AppliedOptics反射定律發(fā)現(xiàn)很早在我國，古代很早就有大量與光的反射現(xiàn)象相關(guān)的折射定律幾經(jīng)滄桑那時候也已有人開始研究折射定律天文學(xué)家托勒密（公元100年-170年）寫有《光學(xué)》5卷他的實驗結(jié)論是：折射角與入射角成正比等到一千年以后有人推翻了他的結(jié)論……67AppliedOptics折射定律幾經(jīng)滄桑那時候也已有人開始研究折射定律10Appli他的觀點是對的

阿拉伯學(xué)者阿勒·哈森(Al-Hasen，965-1038)寫過一部《光學(xué)全書》，并提出是由于物體發(fā)出的輻射被眼睛接收到，這樣眼睛就能看到物體。這種輻射就是“光”，光是視覺的信使。68AppliedOptics他的觀點是對的11AppliedOptics可看作是光學(xué)發(fā)展的萌芽時期

從墨翟開始的兩千多年的漫長歲月構(gòu)成了光學(xué)發(fā)展的萌芽時期，在此期間光學(xué)發(fā)展比較緩慢。到15世紀末和16世紀初，凹面鏡、凸面鏡、眼鏡、透鏡以及暗箱和幻燈等光學(xué)元件的相繼出現(xiàn)，預(yù)示著新的時期即將到來。69AppliedOptics可看作是光學(xué)發(fā)展的萌芽時期12AppliedOptics波粒之爭的前奏他們的工作和創(chuàng)新是不容忽視的1610年伽利略（意）

制作了望遠鏡，并用望遠鏡觀察星體運動。1611年開普勒（德）

設(shè)計了開普勒天文望遠鏡。70AppliedOptics波粒之爭的前奏他們的工作和創(chuàng)新是不容忽視的13Applied圍繞折射定律的研究有了新的進展精確折射定律的最早發(fā)現(xiàn)者：斯涅耳（1580-1626）斯涅耳的折射實驗71AppliedOptics圍繞折射定律的研究斯涅耳的折射實驗14AppliedOpt笛卡爾，1637《方法論》附錄《屈光學(xué)》笛卡爾說明折射用圖72AppliedOptics笛卡爾，1637笛卡爾說明折射用圖15AppliedOpt費馬，1661最短時間原理費馬推導(dǎo)折射定律用圖73AppliedOptics費馬，166116AppliedOptics波粒之爭的前奏到了17世紀，已經(jīng)有了光的“微粒說”和“波動說”兩種觀點。17世紀明確形成了兩大對立學(xué)說微粒說牛頓（1642-1727）惠更斯（1629--1695)波動說74AppliedOptics波粒之爭的前奏到了17世紀，已經(jīng)有了光的“微粒說”和“波動說關(guān)于微粒說創(chuàng)始人：牛頓主要觀點：光是光源發(fā)出的一束高速運動的粒子流。光的直線傳播光的反射、折射光的色散（不同微粒）認為光在媒質(zhì)中的傳播速度v大于c75AppliedOptics關(guān)于微粒說18AppliedOptics關(guān)于波動說最早的波動說：格里馬第，1655奠基人：惠更斯最早的倡導(dǎo)人之一：胡克（英）主要觀點：光是一種波。光的折射光的色散（不同頻率）認為光在媒質(zhì)中的傳播速度v小于c必須借助于所謂“以太”介質(zhì)76AppliedOptics關(guān)于波動說19AppliedOptics到底孰是孰非？主要有以下問題：1.光在介質(zhì)中的傳播速度大于C還是小于C？微粒說認為前者對波動說認為是后者2.兩束光線相交時何以能互不相擾？微粒說無法解釋（很苦惱）波動說：波具有能獨立傳播的特質(zhì)（很輕松）77AppliedOptics到底孰是孰非？20AppliedOptics3.為什么光照下物體會有清晰的影子？微粒說：直線傳播（很輕松）波動說：波會發(fā)生衍射，就是會繞過障礙物。（很苦惱）4.“以太”是否存在？微粒說表示懷疑波動說極力證明，牽強解釋兩種學(xué)說有太多不同，難于協(xié)調(diào)，一場劇烈的學(xué)術(shù)紛爭即將爆發(fā)。78AppliedOptics3.為什么光照下物體會有清晰的影子？21AppliedOp風(fēng)云驟起微粒說占據(jù)強勢事情是這樣的巴羅：牛頓的數(shù)學(xué)老師。1663年牛頓開始熱衷于光學(xué)研究，并于1666開始研究色散現(xiàn)象，同年提出光的微粒理論。79AppliedOptics風(fēng)云驟起微粒說占據(jù)強勢事情是這樣的22AppliedOp關(guān)于色散—一個古老的課題13世紀德國傳教士西奧多里克在實驗中模仿天上的彩虹

西奧多里克《論彩虹》手稿中的一頁裝滿水的大玻璃球80AppliedOptics關(guān)于色散西奧多里克裝滿水的大玻璃球23AppliedO1637年笛卡爾在《方法論》中還有一篇附錄，專門討論彩虹。笛卡兒的棱鏡實驗屏離棱鏡太近啦81AppliedOptics1637年笛卡兒的棱鏡實驗屏離棱鏡太近啦24Applied牛頓的色散實驗牛頓的高明之處牛頓描繪色散實驗的插圖82AppliedOptics牛頓的色散實驗牛頓的高明之處牛頓描繪色散實驗的插圖25App牛頓的判決性實驗83AppliedOptics26AppliedOptics1672年牛頓的那份關(guān)于色散現(xiàn)象的研究報告……牛頓很生氣，后果很嚴重歷時300多年的波粒之爭拉開大幕……剛開始：牛頓VS胡克84AppliedOptics1672年牛頓的那份關(guān)于色散現(xiàn)象的研究報告……27Appli惠更斯來了1678年明確指出光是一種機械波，并借助“以太”介質(zhì)傳播。繼胡克后，惠更斯扛起波動說大旗?；莞巩?dāng)時在數(shù)學(xué)、天文學(xué)、光學(xué)等諸方面已多有建樹，被荷蘭人視為國寶級人物?；莞姑枥L光波的示意圖85AppliedOptics惠更斯來了惠更斯描繪光波的示意圖28AppliedOpt牛頓發(fā)飆了1704年，發(fā)表了一部偉大的著作《光學(xué)》1.以微粒說系統(tǒng)的闡明了各種光學(xué)現(xiàn)象。2.對波動說提出質(zhì)疑，進行批判。在整個十八世紀，微粒說占據(jù)著統(tǒng)治地位。

86AppliedOptics牛頓發(fā)飆了29AppliedOptics證據(jù)迭出波動說開始反擊十九世紀初，波動說平地一聲春雷1801年，托馬斯.楊（英）

首次成功地進行了光的雙縫干涉實驗，確鑿的證明了光的波動性，并成功的解釋了“牛頓環(huán)”現(xiàn)象。87AppliedOptics證據(jù)迭出波動說開始反擊十九世紀初，波動說平地一聲春雷30A托馬斯·楊的雙縫干涉實驗88AppliedOptics托馬斯·楊的雙縫干涉實驗31Applie除了托馬斯，還有馬呂斯1808年，法國人馬呂斯發(fā)現(xiàn)了光在反射和折射時的偏振現(xiàn)象。

89AppliedOptics除了托馬斯，還有馬呂斯32AppliedOptics但似乎問題并沒有這么簡單楊的理論當(dāng)時受到不少人的攻擊，并未能被科學(xué)界承認。微粒學(xué)派聲稱牛頓早已有言在先：偏振是光的微粒呈現(xiàn)非對稱狀態(tài)所致。觀點與偏振矛盾，楊有些退卻，但并未放棄光的波動說。得有人站出來……90AppliedOptics但似乎問題并沒有這么簡單33AppliedOptics力挽狂瀾波動說反敗為勝影子中心的亮點事情要追溯到1818年法國科學(xué)院舉行的那次征文競賽……1.競賽的內(nèi)容：科學(xué)解釋光的衍射現(xiàn)象2.競賽的評委中有一個人叫泊松3.評委們的期望……91AppliedOptics力挽狂瀾波動說反敗為勝影子中心的亮點34AppliedO一名土木工程師也提交了一篇論文這篇論文基于光的波動理論，以嚴密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，解釋了光的衍射現(xiàn)象。這位工程師就是菲涅耳

——物理光學(xué)的締造者92AppliedOptics一名土木工程師也提交了一篇論文35AppliedOptic泊松評委的懷疑和排斥：不透明小圓盤的影子中心會有一個亮點？實驗證明這個亮點真的存在！菲涅耳獲勝，波動說翻身。93AppliedOptics泊松評委的懷疑和排斥：36AppliedOptics光速的測定最早的測光速實驗是伽利略做的。1676年，羅默觀測木星衛(wèi)星運動，首先證實光速有限。衛(wèi)星蝕法94AppliedOptics光速的測定衛(wèi)星蝕法37AppliedOptics此后不久，惠更斯根據(jù)羅默的數(shù)據(jù)第一次推算出光速約為米/秒。1728年，布拉得雷在接受羅默的理論之后，用光行差的方法直接測出光速米/秒。天行差法95AppliedOptics此后不久，惠更斯根據(jù)羅默的數(shù)據(jù)第一次推算出光速約為在地面上測光速19世紀50年代，斐索和傅科，旋轉(zhuǎn)鏡法。斐索傅科96AppliedOptics在地面上測光速斐索傅科39AppliedOptics阿拉果的實驗方法這是旋轉(zhuǎn)鏡法的前身一開始兩人合作實驗后來掰了，各做各的97AppliedOptics阿拉果的實驗方法40AppliedOptics1849年，斐索先用旋轉(zhuǎn)齒輪法測出光速。地面上用實驗方法測定光速的第一人。斐索的旋轉(zhuǎn)齒輪法3.15398AppliedOptics1849年，斐索先用旋轉(zhuǎn)齒輪法測出光速。斐索的旋轉(zhuǎn)齒輪法31850年，傅科用旋轉(zhuǎn)鏡法測量出水中的光速大約是空氣中的光速的3/4。1862年,傅科改進了原有的實驗裝置，測得光在空氣中的速度為289000千米每秒。

傅科的旋轉(zhuǎn)鏡法99AppliedOptics1850年，傅科用旋轉(zhuǎn)鏡法測量出水中的光速大約是空氣中的光速1874年，考爾紐改進了斐索的旋轉(zhuǎn)齒輪法，2.9991879年，邁克爾遜改進了傅科的旋轉(zhuǎn)鏡法，2.9991±0.0005100AppliedOptics1874年，考爾紐改進了斐索的旋轉(zhuǎn)齒輪法，2.99943Ap1883年，邁克爾遜，精益求精，2.9985340多年后，邁克爾遜，，2.99796旋轉(zhuǎn)棱鏡法邁克耳孫(1926年)的光速實驗示意圖（這是他的手跡）101AppliedOptics1883年，邁克爾遜，精益求精，2.99853旋轉(zhuǎn)棱鏡法邁克1973年，國際標(biāo)準值299792458米/秒。1983年，作為“米”的新定義。光速的測定意義非凡！?。ξ⒘Ｕf和波動說的判決光是電磁波的推斷（電磁波的速度等于光速）狹義相對論的提出（光速不變）102AppliedOptics1973年，國際標(biāo)準值299792458米/秒。45Appl割不掉的“以太”尾巴1815年，實驗得出的結(jié)論是：折射率等于1的真空和折射率近似等于1的空氣均不能帶動以太。

1887年，邁克爾遜和莫雷在克利夫蘭進行了一個著名的“邁克耳遜－莫雷實驗”，卻得出了史上著名的“零結(jié)果”?！霸谖锢韺W(xué)的晴朗天空出現(xiàn)了一片烏云”。103AppliedOptics割不掉的“以太”尾巴46AppliedOptics一個光輝的預(yù)言1865，麥克斯韋（英）1.建立了著名的電磁理論，預(yù)言了電磁波的存在。2.推算出電磁波在真空中的傳播速度為。3.還把光學(xué)拉了進來。4.不經(jīng)意，幫了波動說的大忙。104AppliedOptics一個光輝的預(yù)言47AppliedOptics赫茲推波助瀾1888年，赫茲(德）用實驗證實了電磁波的存在，發(fā)現(xiàn)了波長較長的電磁波。光的電磁理論基礎(chǔ)被正式確立，光從此成為電磁波家族中的一員。105AppliedOptics赫茲推波助瀾48AppliedOptics“